CN1707887A - 发光元件驱动电路、通信装置及发光元件驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功耗低、可靠性高的发光元件驱动电路。该发光元件驱动电路用于驱动表面发光元件，其包括：偏置电流驱动电路，用于将大致恒定的偏置电流提供给表面发光元件；调制电流驱动电路，用于将调制电流与偏置电流叠加并提供给表面发光元件；以及温度检测电路，用于检测表面发光元件的温度，其中，调制电流驱动电路是在检测出的温度已上升时，使调制电流量减少的发光元件驱动电路。偏置电流驱动电路优选通过线圈将偏置电流提供给所述发光元件，调制电流驱动电路优选通过电容器将调制电流提供给表面发光元件。

Description

发光元件驱动电路、通信装置 及发光元件驱动方法
技术领域
本发明涉及发光元件驱动电路、通信装置及发光元件驱动方法。本发明尤其涉及驱动表面发光元件的发光元件驱动电路及发光元件驱动方法，以及具备该电路的通信装置。
背景技术
现有的激光驱动电路在下述非专利文献1中被披露。下述非专利文献1中披露的现有的激光驱动电路包括生成偏置电流和调制电流的电路(参照非专利文献1中的3-5)，通过将调制电流与偏置电流叠加的驱动电流提供给VCSEL，驱动VCSEL。
上述激光驱动电路根据VCSEL的发光量使偏置电流变化，从而以发光量大致恒定的方式驱动VCSEL。温度上升时VCSEL的发光量减少，所以上述激光驱动电路在发光量减少时，使供给到VCSEL的偏置电流增加，从而保持发光量恒定。此外，上述激光驱动电路随着温度的上升，使叠加于偏置电流上的调制电流增大。
非专利文献1：“+3.0 to +5.0，2.5 Gbps VCSEL and LaserDriver”、[online]、Maxim Integrated Products、[平成16年5月11日检索]、网址：URL：http：//pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/MAX3996.pdf。
将VCSEL作为光源的光发送机等的通信装置往往在路由器等的设备内等的环境温度为高温的地方设置。这种情况下，因为在上述现有的激光驱动电路中，随着VCSEL温度的上升偏置电流和调制电流增大，所以相当大的电流被提供给VCSEL。因此，在上述现有的激光驱动电路中，存在设置了VCSEL的设备等的功耗增大的问题。此外，因为相当大的电流被提供给VCSEL，所以存在VCSEL劣化快、寿命短的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种克服了以上技术问题的发光元件驱动电路、通信装置和发光元件驱动方法。通过权利要求范围内的独立权利要求所描述的技术特征的组合来实现此目的。而且，从属权利要求规定了本发明的优选实施例。
为了解决上述问题，根据本发明的第一方面，提供了一种发光元件驱动电路，其特征在于包括：偏置电流驱动电路，用于将大致恒定的偏置电流提供给表面发光元件；调制电流驱动电路，用于将调制电流与所述偏置电流叠加(重叠)，并提供给所述表面发光元件；以及温度检测电路，用于检测表面发光元件的温度，其中，调制电流驱动电路在检测出的温度已上升时，使所述调制电流的电流量减少。
在上述结构中，不依赖于温度的变化，供给到表面发光元件的电流的平均值大致恒定。即、即使在表面发光元件的温度已经上升了的情况下，供给到表面发光元件的电流量也会大致恒定。因此，根据上述结构，因为供给到表面发光元件的平均电流没有增加，所以可以提供功耗极小，且能够抑制表面发光元件退化的发光元件驱动电路。
此外，在上述结构中，在温度上升了的情况下，使供给到表面发光元件的调制电流减少。因此，即使在表面发光元件的阈值电流由于温度的上升而上升了的情况下，在表面发光元件处于截止状态时，也能够根据阈值电流控制供给到该表面发光元件的截止电流。即、即使在表面发光元件的阈值电流已经上升了的情况下，也能够防止截止电流与阈值电流相比大幅度降低。因此，根据上述构成，在充分得到从表面发光元件发出的光的消光比的同时，能够抑制使表面发光元件从截止状态变化到导通状态时的发光迟延，所以能够提供使从表面发光元件发出跳动少、波形好的光信号的发光元件驱动电路。
此外，在上述发光元件驱动电路中，偏置电流驱动电路优选将使表面发光元件的平均发光量在预先设定的范围内的电流作为偏置电流提供给表面发光元件。
上述的发光元件驱动电路还优选包括：受光元件(光敏器件)，用于接受表面发光元件发出的光，并生成规定的电流；以及发光量检测部，用于根据规定的电流检测平均发光量，在检测出的所述平均发光量不在预先设定的范围内时，使偏置电流驱动电路和所述调制电流驱动电路将偏置电流和调制电流提供给表面发光元件的动作停止。
在上述的结构中，当表面发光元件的平均发光量超过了规定范围时，使表面发光元件的发光动作停止。因此，根据上述的结构，能够提供可靠性和安全性极高的发光元件驱动电路。
在上述的发光元件驱动电路中，优选表面发光元件与所述受光元件形成为一体。因此，可提供小型且便宜的发光元件驱动电路。
在上述的发光元件驱动电路中，偏置电流驱动电路优选通过电感器将偏置电流提供给表面发光元件，调制电流驱动电路优选通过电容器将调制电流提供给表面发光装置。基于此，能够使偏置电流和调制电流叠加。
根据本发明的第二方面，提供了一种光通信装置(光收发器)，其包括上述的发光元件驱动电路，还可适当地包括表面发光元件和其他装置。根据本发明的光通信装置可以用于诸如个人电脑、所谓的PDA(便携式信息终端装置)等的、以光作为传输媒质和外部装置等之间进行信息通信的各种电子设备上。而且，在本发明中，“光通信装置”不仅包括具有信号光发送所需的结构(发光元件等)和信号光接收所需的结构(受光元件等)的装置，还包括：只具有发送信号光所需的结构的装置(所谓的光发送模块)、及只具有接收信号光所需的结构的装置(所谓的光接收模块)。
根据本发明的第三方面，提供了一种驱动表面发光元件的发光元件驱动方法，其包括以下步骤：将大致恒定的偏置电流提供给表面发光元件的步骤；将调制电流与偏置电流叠加，并提供给表面发光元件的步骤；检测表面发光元件的温度的步骤；以及在检测出的温度已上升时，使所述调制电流的电流量减少的步骤。
附图说明
图1是本发明的发光元件驱动电路100的第一实施例的示意图。
图2是本实施例的发光元件驱动电路100供给到表面发光元件200的电流和该表面发光元件200的发光量之间的关系的示意图。
图3是本发明的发光元件驱动电路100的第二实施例的示意图。
图4是图3中的表面发光元件200和受光元件150形成为一体的结构的一例的示意图。
图5是比较例中电流和发光量之间关系的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图，通过本发明的实施例对本发明进行说明，但是，下面说明的实施例并不用于限制权利要求所记载的本发明的内容，而且，以下说明的结构并不全部都是本发明解决技术问题的必要构成要件。
图1是本发明的发光元件驱动电路100的第一实施例的示意图。发光元件驱动电路100包括：偏置电流驱动电路110、调制电流驱动电路120、调制信号生成部130、温度检测部140、电容器C和线圈L。本实施例的发光元件驱动电路100所驱动的表面发光元件200优选其阈值电流和斜率效率相对于温度变动较小的发光元件，例如，垂直腔表面发射激光器(VCSEL)等。
偏置电流驱动电路110生成提供给表面发光元件200的偏置电流Ibias。而且，偏置电流驱动电路110通过设置在偏置电流驱动电路110和表面发光元件200之间的线圈L将偏置电流Ibias提供给表面发光元件200。在本实施例中，偏置电流驱动电路110生成大致恒定的电流作为偏置电流Ibias，并将其提供给表面发光元件200。
调制电流驱动电路120根据调制信号生成部130所生成的调制信号，生成调制电流Imod。而且，调制电流驱动电路120通过电容器C将调制电流Imod与偏置电流驱动电路110所生成的偏置电流Ibias叠加，并提供给表面发光元件200。
此外，调制电流驱动电路120根据温度检测部140所检测的表面发光元件200的温度，控制调制电流Imod的电流量。具体地讲，调制电流驱动电路120在表面发光元件200的温度上升时，使调制电流Imod的电流量减少。
图2是表示本实施例的发光元件驱动电路100提供给表面发光元件200的电流与该表面发光元件200的发光量之间的关系的示意图。参照图1和图2，对本实施例的发光元件驱动电路100控制偏置电流Ibias和调制电流Imod的动作进行说明。此外，在图2中示出了在温度TL和比该温度TL高的温度TH中，电流和发光量之间关系的一个示例。
在本实施例中，预先设定分别为表面发光元件200的平均发光量的上限和下限的平均发光量上限和平均发光量下限。例如设置平均发光量上限和平均发光量下限，以使平均发光量在标准规定的范围内。偏置电流驱动电路110生成偏置电流Ibias，以使表面发光元件200的平均发光量在平均发光量上限和平均发光量下限之间。
具体地说，预先设定当表面发光元件200的平均发光量分别是平均发光量上限和平均发光量下限时供给到表面发光元件200的电流、即电流a和电流b，而且，偏置电流驱动电路110将偏置电流Ibias设置为在电流a和电流b之间且大致恒定。
调制电流驱动电路120根据温度检测部140检测出的表面发光元件200等的温度，控制与偏置电流Ibias叠加的调制电流Imod。调制电流Imod是表示低电平时的电流值和表示高电平时的电流值之间的差是Imod的电流。因此，当调制信号表示高电平时、即在表面发光元件200处于导通状态时，提供给表面发光元件200的电流为Ibias+Imod/2；当调制信号表示低电平时、即在表面发光元件200处于截止状态时，提供给表面发光元件200的电流为Ibias-Imod/2。在此，表面发光元件200截止时的发光量可不限定为0，可以是相对于导通时按照规定的消光比得到的光量。
此外，调制电流驱动电路120在表面发光元件200的温度上升时，使调制电流Imod的电流量减少。在本例中，调制电流驱动电路120在表面发光元件200的温度为TL时，将Imod(TL)作为调制电流与偏置电流Ibias(TL)叠加，在表面发光元件的温度为比TL高的TH时，将比(TL)小的Imod(TH)作为调制电流与偏置电流Ibias叠加。
在这里，优选调制电流驱动电路120设置调制电流Imod(TL)和Imod(TH)以使Ibias-Imod(TL)/2和Ibias-Imod(TH)/2分别与阈值电流Ith(TL)和Ith(TH)大致相等。此外，调制电流驱动电路120也可以设置调制电流Imod(TL)和Imod(TH)以使Ibias-Imod(TL)/2和Ibias-Imod(TH)/2分别比阈值电流Ith(TL)和Ith(TH)大。
图3是本发明的发光元件驱动电路100的第二实施例的示意图。在以下的描述中，主要就与第一实施例不同的点对第二实施例的发光元件驱动电路100进行说明。值得注意的是，标注有与第一实施例相同的附图标记的构件具有与第一实施例相同的功能。
本实施例的发光元件驱动电路100不仅包括第一实施例的结构，还包括受光元件150和发光量检测部160。受光元件150接收由表面发光元件200发出的光，并根据接收到的光量，向发光量检测部160供给规定的电流。发光量检测部160根据该规定的电流，判断表面发光元件200的平均发光量是否位于规定的范围内。
当发光量检测部160判断表面发光元件200的平均发光量没有位于规定的范围内时，即当其判断平均发光量超过平均发光量上限或低于下限时，其向偏置电流驱动电路110和调制电流驱动电路120供给规定的错误信号。当偏置电流驱动电路110和调制电流驱动电路120接收了该错误信号时，分别停止向表面发光元件200供给偏置电流Ibias和调制电流Imod。基于此，即使在表面发光元件200的温度发生很大的变化或发光量由于表面发光元件200老化等而发生很大的变化时，也能够防止表面发光元件200发出超过上限或低于下限的平均发光量，所以能够提供可靠性和安全性高的发光元件驱动电路。
图4是图3中的表面发光元件200和受光元件150形成为一体的结构的一例示意图。
在图4(a)所示的例子中，表面发光元件200和受光元件150沿着与表面发光元件200的发出光的发出方向大致垂直的方向、在同一基板180上邻接配置。此外，设有密封表面发光元件200、受光元件150和基板180的机壳170，表面发光元件200通过机壳170发出光。
机壳170具有表面发光元件200的发出光通过的面，该面与发出光的发出方向成规定的角度。具体地说，该面反射发出光的一部分，并将其入射到受光元件150上。受光元件150根据入射的反射光，将规定的电流提供给发光量检测部160(参照图3)。
在图4(b)所示的例子中，在发出光的发出方向上，表面发光元件200和受光元件150层压在同一基板180上。具体地说，表面发光元件200层压在基板180上，受光元件150层压在表面发光元件200上。表面发光元件200发出的光穿过受光元件150沿表面发光元件200和受光元件150的层压方向发出。受光元件150根据通过受光元件150的发出光，将规定的电流提供给发光量检测部160(参照图3)。
图5是比较例中的电流和发光量的关系的示意图。在比较例中，偏置电流驱动电路110控制偏置电流Ibias，以使平均发光量不依赖表面发光元件200的温度而恒定。即当表面发光元件200的温度上升时，偏置电流Ibias增大，从而将平均发光量保持在恒定值。值得注意的是，图5示出了在温度TL和比温度TL高的温度TH中的电流和发光量的关系。在比较例中，随着表面发光元件200的温度的上升，供给到表面发光元件200的偏置电流Ibias将增大。
此外，在比较例中，当根据表面发光元件200的温度增大偏置电流Ibias时，并且在不使调制电流Imod发生变化的情况下，表面发光元件200处于截止状态时、供给到表面发光元件200的截止电流Ibias-Imod远超过阈值电流，从而往往不能得到足够的消光比。因此，在比较例中，为了得到足够的消光比，随着偏置电流Ibias的增加，使调制电流Imod增加，以使Ibias-Imod与阈值电流大致相等。
也就是说，在比较例中，随着表面发光元件200的温度的上升，供给到表面发光元件200的偏置电流Ibias和调制电流Imod双方均增大。因此，在比较例中，随着表面发光元件200的温度的上升和/或老化，供给到表面发光元件200的电流增大。
另一方面，根据第一实施例和第二实施例的发光元件驱动电路100，即使在表面发光元件200的阈值电流Ith随着表面发光元件200的温度的上升和/或老化而上升时，偏置电流驱动电路110也使偏置电流Ibias大致恒定，并且调制电流驱动电路120使调制电流Imod减少，从而能够防止供给到表面发光元件200的电流增大。因此，根据上述的实施例，能够提供功耗极小，且可抑制表面发光元件200退化的发光元件驱动电路。
此外，根据上述实施例，即使在表面发光元件200的阈值电流随着温度的上升而上升时，也可根据该阈值电流，控制表面发光元件200截止时供给到表面发光元件200的截止电流。即、即使在表面发光元件200的阈值电流上升时，也能够防止截止电流大幅度低于阈值电流。因此，根据上述的实施例，在充分地得到从表面发光元件200发出的光的消光比的同时，能够抑制将表面发光元件200从截止状态变化到导通状态时的发光迟延，所以能够从表面发光元件200发出跳动少、波形良好的光信号。
通过上述的本发明的实施例描述的实施例和应用例，能够根据用途进行适当组合、变更、或者改进后使用，本发明不限于上述实施例。通过其组合、变更、或改进得到的也属于本发明的保护范围，能够不经创造性地劳动就能从本发明中推导出。
附图标记说明
100    发光元件驱动电路    110  偏置电流驱动电路
120    调制电流驱动电路    130  调制信号生成部
140    温度检测部          150  受光元件
160    发光量检测部        170  机壳
180    基板                200  表面发光元件
C      电容器              L    线圈
Ibias  偏置电流            Imod 调制电流
Ith    阈值电流

Claims (7)

1.一种发光元件驱动电路，用于驱动表面发光元件，其特征在于包括：
偏置电流驱动电路，用于将大致恒定的偏置电流提供给所述表面发光元件；
调制电流驱动电路，用于将调制电流与所述偏置电流叠加，并提供给所述表面发光元件；以及
温度检测电路，用于检测所述表面发光元件的温度，
其中，在检测出的所述温度上升时，所述调制电流驱动电路使所述调制电流的电流量减少。
2.根据权利要求1所述的发光元件驱动电路，其特征在于：
所述偏置电流驱动电路将使所述表面发光元件的平均发光量在预先设定的范围内的电流作为所述偏置电流提供给所述表面发光元件。
3.根据权利要求2所述的发光元件驱动电路，其特征在于还包括：
受光元件，用于接受所述表面发光元件发出的光，并生成规定的电流；以及
发光量检测部，用于基于所述规定的电流检测所述平均发光量，在检测出的所述平均发光量不在预先设定的范围内时，使所述偏置电流驱动电路和所述调制电流驱动电路将所述偏置电流和所述调制电流提供给所述表面发光元件的动作停止。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发光元件驱动电路，其特征在于：
所述偏置电流驱动电路通过电感器将所述偏置电流提供给所述表面发光元件，
所述调制电流驱动电路通过电容器将所述调制电流提供给所述表面发光装置。
5.根据权利要求3所述的发光元件驱动电路，其特征在于：
所述表面发光元件与所述受光元件形成为一体。
6.一种光通信装置，其特征在于包括：
权利要求1至5中任一项所述的发光元件驱动电路。
7.一种发光元件驱动方法，用于驱动表面发光元件，其特征在于包括：
将大致恒定的偏置电流提供给所述表面发光元件的步骤；
将调制电流与所述偏置电流叠加，并提供给所述表面发光元件的步骤；
检测所述表面发光元件的温度的步骤；以及
在检测出的所述温度已上升时，使所述调制电流的电流量减少的步骤。
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